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O desenvolvimento de novas tecnologias e formas de se adquirir e processar dados obtidos em todas as etapas de um processo industrial é percebido por especialistas como um dos pilares de uma nova revolução industrial, denominada de \"Indústria 4.0\". A Indústria 4.0 pode ser compreendida como o resultado da implementação, de fato, de fábricas inteligentes onde os sistemas produtivos são autônomos, versáteis e associados a serviços para atender as diferentes necessidades de cada consumidor. Essa nova revolução industrial se apoia em conceitos como a Internet das Coisas (IoT), onde todos os dispositivos envolvidos nos sistemas produtivos estão conectados entre si, compondo sistemas ciber-fisicos (CPS) de modo que se pode processar uma quantidade muito grande de dados relacionados direta e indiretamente a esse sistema tanto no mundo virtual como no mundo real.Em paralelo ao desenvolvimento desses sistemas produtivos estão sendo consideradas novas formas de tratar um conjunto muito grande de dados, conhecidos como big data. Estes estudos exploram técnicas e abordagens multidisciplinares, isto é, o aprimoramento na capacidade de adquirir e analisar potencialmente qualquer dado relacionado com processos e produtos é interpretado como uma oportunidade para revisar os paradigmas associados a sistemas produtivos. A grande quantidade e variedade de dados do sistema produtivo, no contexto do big data, é evidentemente uma fonte de informações fundamental para controlar e otimizar todas as etapas do processo produtivo e os serviços associados. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver (i) a modelagem do processo de aquisição de dados de um sistema produtivo e, (ii) uma proposta de arquitetura do sistema de aquisição de dados. Com base na natureza do sistema produtivo, a abordagem de sistema a eventos discretos é adotada para a representação/descrição dos processos envolvidos, de modo que se utiliza a técnica PFS (Production Flow Schema) / RdP (Rede de Petri) para o desenvolvimento dos modelos. A arquitetura do sistema de aquisição de big data é proposta levando em consideração os conceitos presentes no RAMI 4.0 que é uma arquitetura de referência para a Indústria 4.0.

Nos últimos anos, o uso de Veículos Subaquáticos Autônomos (Autonomous Underwater V ehicle - AUV ) aumentou consideravelmente na inspeção de estruturas offshore. Essa área é primordial para as empresas de petróleo e gás porque elas precisam inspecionar seus oleodutos subaquáticos para evitar acidentes devido à corrosão e consequentemente vazamentos de fuidos. Para uma tarefa automatizada de inspeção de tubulação com um AUV, é necessário o desenvolvimento de um sistema de seguimento. Este trabalho propõe um método para o rastreamento de tubulações subaquáticas com câmeras de vídeo. O algoritmo proposto combina ferramentas de processamento de imagem para estimar a orientação e a posição de um duto, e assim, produzir a variável de controle necessária para realizar o seu seguimento. Alguns vídeos de tubulações submarinas foram utilizados para validar o algoritmo de detecção dos dutos. Posteriormente, um simulador em tempo real do movimento do AUV Pirajuba, veículo desenvolvido no Laborátorio de Veículos Não Tripulados (LVNT), é usado para verificar se o valor de saída da detecção realizada é adequado para a realização do controle de seguimento. Finalmente, experimentos de forma online foram realizados usando um veículo remontamente operado (Remotely Operated V ehicle - ROV ) para a realização de um controle de seguimento do duto. Os resultados desses testes são apresentados e demonstram que esse método é robusto para a detecção e seguimentos de dutos em um ambiente submarino real.

Desde o final da década de 1990 existe um interesse crescente na aplicação de técnicas de planejamento automático em IA para resolver problemas reais de engenharia. Além das características dos problemas acadêmicos, tais como a necessidade de raciocinar sobre as ações, problemas reais requerem elicitação, engenharia e gerenciamento detalhado do conhecimento do domínio. Para tais aplicações reais, um processo de design sistemático é necessário onde as ferramentas de Engenharia do Conhecimento e de Requisitons têm um papel fundamental. Esforços acadêmicos recentes na área da Engenharia do Conhecimento em planejamento automático vêm desenvolvido ferramentas e técnicas de apoio ao processo de design de modelos do conhecimento. Porém, dada a natural incompletude do conhecimento, experiência prática em aplicações reais, como por exemplo exploração do espaço, tem mostrado que, mesmo com um processo disciplinado de design, requisitos de pontos de vista diferente (por exemplo, especialistas, usuários e patrocinadores) ainda surgem após a análise, geração e execução de planos. A tese central deste texto é que uma fase de análise de pós-design para o desenvolvimento de aplicações de planejamento em IA resulta em modelos do conhecimento mais ricos e, conseqüentemente, aumenta a qualidade dos planos gerados e a performance dos planejadores automáticos. Neste texto, nós investigamos como os conhecimentos e requisitos ocultos podem ser adquiridos e reutilizados durante a fase de análise de plans (posterior ao design do modelo) e como estes conhecimentos afetam o desempenho do processo de planejamento automático. O texto descreve um framework de post-design chamado postDAM que combina (1) uma ferramenta de engenharia de conhecimento para a aquisição de requisitos e avaliação do plano, (2) um ambiente de prototipagem virtual para a análise e simulação de planos, (3) um sistema de banco de dados para armazenamento de avaliações de planos, e (4) um sistema de raciocínio ontológico para o re-uso e descoberta de conhecimento sobre o domínio. Com o framework postDAM demonstramos que a análise de pós-design auxilia a descoberta de requisitos ocultos e orienta o ciclo de refinamento do modelo. Este trabalho apresenta três estudos de caso com domínios conhecidos na literatura e oito planejadores do estado da arte. Nossos resultados demonstram que melhorias significativas na qualidade do plano e um aumento na velocidade dos planejadores de até três ordens de grandeza pode ser alcançada através de um processo disciplinado e cuidados de pós-design. Nós demonstramos também que rationales provenientes dos usuários capturados durante as avaliações de planos podem ser úteis e reutilizáveis em novas avaliações de plano e em novos projetos. Nós argumentamos que esse processo de pós-design é fundamental para a implantação da tecnologia de planejamento automático em aplicações do mundo real. Até onde sabemos, este é o primeiro trabalho que investiga a análise de pós-design em aplicações de planejamento automático da IA.

Um corpo imerso em movimento arbitrário interage com o fluido ao redor. As partículas fluidas próximas ao corpo exercem certa resistência inercial quando o corpo acelera ou desacelera, devido ao acoplamento dinâmico entre corpo e fluido. Este trabalho resolve as equações de Navier-Stokes, discretizadas pelo método dos elementos finitos, usando o programa de código aberto (LGPL) FreeFem++, e avalia as forças do escoamento que agem sobre um cilindro circular, o qual oscila harmonicamente em um fluido em repouso para números de Keulegan-Carpenter (KC) entre 0,5 e 10, mantendo o parâmetro da frequência constante e igual a 35. Os números de KC selecionados visam entender os conceitos de inércia adicional em fluido viscoso, desde em escoamentos simples até em escoamento mais complexos. O escoamento é bidimensional, laminar e não estacionário. A força em linha com o movimento é então decomposta, conforme equação de Morison, como a soma de uma força inercial e outra de arrasto. Os resultados possuem boa aderência com trabalhos analíticos, experimentais e numéricos anteriores disponíveis na literatura. A dinâmica do escoamento induzido pelo cilindro em movimento harmônico é rica. Para baixo KC, o escoamento é simétrico e estável. Para valores intermediários de KC, a camada limite descola da superfície do cilindro e vórtices são emitidos a cada meio-ciclo. Para elevado KC, certa assimetria se desenvolve e vórtices são emitidos obliquamente a cada meio-ciclo.

Uma ocorrência ferroviária tem danos imprevisíveis, desde um simples atraso do horário do trem enquanto o socorro ferroviário encarrilha o vagão, até prejuízos milionários com grande perda de ativos (material rodante e via permanente) e, em casos extremos, até vidas humanas. Portanto, as ferrovias nacionais sempre buscam maneiras de programar ações que minimizam este risco. Uma das principais ações é estabelecer critérios de manutenção sempre justos. Entretanto, estes critérios geralmente não contemplam de maneira conjunta a dinâmica veicular e a geometria da via permanente. Neste sentido, este trabalho elabora um modelo matemático de um vagão ferroviário de alta capacidade em conjunto com a flexibilidade do suporte da via permanente. O modelo matemático foi validado e considerado satisfatório, a partir da comparação das frequências naturais obtidas no vagão real e na comparação de seu resultado produzido a partir de uma entrada medida com equipamentos de controle de geometria de linha e de medições dinâmicas realizadas por vagão instrumentado. Um método estratégico para análise da segurança do veículo foi sugerida e utilizada mostrando-se capaz de determinar os comprimentos de onda da via permanente que devem ser priorizados na manutenção, bem como na análise da segurança do vagão quando na adoção de restrições de velocidades.

Um dos grandes desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas hidráulicas é prevenir o aparecimento de vibrações induzidas pelo escoamento nas travessas do pré-distribuidor e pás do rotor. Considerando apenas as travessas, e atribuídos a tais vibrações, foram relatados 28 casos de trincas ou ruídos anormais nas últimas décadas, que acarretaram enormes prejuízos associados a reparos, atrasos e perda de geração. O estado da arte na prevenção destes problemas baseia-se na utilização de sofisticados, e caros, programas comerciais de dinâmica dos fluidos computacional para o cálculo transiente do fenômeno. Este trabalho faz uma ampla revisão bibliográfica e levantamento de eventos de trincas ou ruídos ocorridos em travessas nos últimos 50 anos. Propõe, então, um enfoque alternativo, baseado exclusivamente em ferramentas de código aberto. A partir de hipóteses simplificadoras devidamente justificadas, o problema é formulado matematicamente de forma bidimensional, no plano da seção transversal da travessa, levando em conta a interação fluido-estrutura. Nesta estratégia, as equações de Navier-Stokes são resolvidas pelo método dos elementos finitos por meio da biblioteca gratuita oomph-lib. Um código especial em C++ é desenvolvido para o problema de interação fluido-estrutura, no qual o fenômeno de turbulência é levado em consideração por meio de um algoritmo baseado no modelo de Baldwin-Lomax. O método proposto é validado por meio da comparação dos resultados obtidos com referências e medições disponíveis na literatura, que tratam de problemas de barras retangulares suportadas elasticamente. O trabalho finaliza com a aplicação do método a um estudo de caso envolvendo uma travessa particular.

A fase inicial de projeto de sistemas, baseada na elicitação, modelagem e análise dos requisitos é considerada a mais complexa e a mais estratégica para obtenção de bons resultados. Por conseguinte, erros precisam ser detectados durante esta fase inicial, antes de começar a implementação, evitando assim o desperdício de tempo e recursos. Este trabalho propõe um método formal de modelagem, análise e verificação de requisitos, partindo de uma representação semi-formal de requisitos em UML, e utilizando o formalismo das Redes de Petri para proceder à modelagem, análise e verificação. Propriedades das redes de Petri, tais como invariantes, são usadas para analisar os requisitos, permitindo uma validação antecipada dos requisitos no processo de design. O objetivo deste trabalho é estender a aplicação das redes de Petri como representação formal para a modelagem e análise de requisitos, endereçando assim a fase anterior às especificações. Pressupõe-se a existência de uma disciplina de projeto baseada em modelos (model driven) que abrange a fase inicial do projeto e se propaga para a modelagem e verificação de soluções. Assim, a abordagem proposta nesta tese se encaixa plenamente em um processo orientado a modelos que use a mesma linguagem: as redes de Petri.

Mancais magnéticos com controle uniaxial são mancais híbridos que combinam um mancal radial por imãs permanentes e um mancal axial eletromagnético com controle ativo. Estes mancais, a despeito das vantagens com relação a outras modalidades de mancais magnéticos, têm como principal deficiência a ausência de capacidade de amortecimento de vibrações radiais do rotor. De modo a eliminar tal deficiência, esta tese propõe um novo mancal magnético híbrido que conjuga um mancal com controle uniaxial a um mancal eletrodinâmico. Esta tese tem como objetivo investigar e demonstrar a eficácia desta solução. O objetivo final é apresentar um mancal magnético de elevado desempenho, de arquitetura simples e robusta, com possibilidades de aplicação em máquinas rotativas de alta velocidade. O mancal aqui proposto tem como base um mancal de controle uniaxial cuja arquitetura é definida de modo a apresentar elevada rigidez radial, elevada folga mecânica na porção rotativa, reduzida inércia no rotor, assim como simplicidade na construção e funcionamento. Para tanto, aqui se emprega mancais radiais com imãs disposto em camadas, operando em repulsão. Na direção axial, são usados atuadores eletromagnéticos compatíveis com a elevada rigidez gerada pelos mancais radiais. A estes mancais são associados mancais eletrodinâmicos homopolares de dois tipos, de fluxo magnético axial e de fluxo radial. Definido conceitualmente o novo mancal, protótipos foram desenvolvidos e foram realizados ensaios de validação do conceito do novo mancal, assim como de verificação do desempenho do protótipo. Com relação ao mancal proposto, foi verificada uma levitação estável do rotor e, obtida uma rigidez radial de 44 N/mm mediante uma folga de 2,5 mm. São valores que superam quaisquer resultados encontrados em literatura sobre mancais similares. Em seguida, demonstrou-se, ao menos até uma rotação de 35 Hz (2.100 rpm), a eficácia do mancal eletrodinâmicos de fluxo axial no amortecimento de movimentos assíncronos do rotor.

O presente estudo tem como objetivo determinar se a gravidade da DPOC poderá ser estimada através da área do gráfico das intensidades sonoras dos sons respiratórios de pacientes com DPOC. O estudo realizado com 51 pacientes com DPOC leve, moderado, grave, muito grave e 7 indivíduos saudáveis não fumantes. Os sons respiratórios de cada participante, foram coletados através de estetoscópio adaptado com um mini microfone. O método compara as áreas das intensidades sonoras em função da frequência de pacientes de DPOC e indivíduos saudáveis. Neste contexto, para atender ao objetivo, um método foi proposto e testado baseado na combinação de técnicas de filtragem e TFTC, seguida de análise estatística, cálculo da média, desvio padrão e interpolação. Os resultados sugerem que a área do gráfico da variância da intensidade sonora em função da frequência diminui quando aumenta a gravidade da DPOC, exceto para os casos em que a bronquite crônica é predominante.

A oferta de bens e serviços para atendimento da demanda dos consumidores atuais tem uma forte base na personalização, ou seja, na busca da satisfação individual dos clientes. Essa tem sido a forma que as empresas tem encontrado para se diferenciar. Para tanto, as organizações necessitam de modelos de negócios que permitam ajustar seus processos com as freqüentes necessidades de mudanças. A metodologia utilizada foi a observação de estudo de casos com projetos de Inovação Tecnológica, que possuem altos índices na característica de mudança dos requisitos. A proposta deste trabalho é permitir que essa volatilidade seja identificada na fase de eliciação de requisitos, com base nas intenções de cada envolvido no processo de engenharia de requisitos, e que tais solicitações possam ser melhor compreendidas através da prototipação baseada nas perspectivas dos participantes: de negócio, operacional, de design e gerencial. Como resultado foi definido o volaRE, que permite se conhecer a volatilidade de um requisito, com base nas características definidas do mesmo, ainda na fase de eliciação.

A Tomografia de Impedância Elétrica é uma técnica de obtenção de imagens do interior de um corpo, mediante grandezas elétricas medidas em sua superfície. Matematicamente, a técnica determina as distribuições de condutividades e permissividades elétricas num dado modelo do corpo, as quais reproduzem as medidas de correntes e potenciais elétricos em eletrodos fixados ao corpo. Nesse caso, as distribuições de condutividades e permissividades representam a solução de um problema não-linear e mal-posto, o qual é instável e apresenta mínimos locais, requerendo técnicas de inversão específicas. Um sistema de Tomografia de Impedância Elétrica aplicado à obtenção de imagens de valores absolutos possui, atualmente, limitações. São algumas delas a obtenção de distribuições de propriedades suaves e de valores geralmente subestimados, a sensibilidade elevada ao erro de posicionamento dos eletrodos (com relação ao modelo) e ao erro nos valores de parâmetros de contato, a sensibilidade elevada aos ruídos de medição, os tempos elevados de processamento, dentre outros. Com o intuito de abordar as limitações, melhorando o desempenho do sistema de Tomografia de Impedância Elétrica de imagens absolutas, são então propostas e avaliadas ferramentas baseadas no Método de Otimização Topológica no atual trabalho. Mais especificamente, avaliam-se: 1) um método para obtenção de parâmetros de contato em conjunto com uma imagem e um método de regularização baseado no controle explícito da variação espacial da imagem, 2) uma formulação para acomodação de incertezas, 3) uma formulação para correção do posicionamento de eletrodos, 4) uma formulação para projeto de eletrodos e 5) um novo solucionador de sistemas lineares de larga escala. Os resultados mostram a efetividade da maioria das técnicas propostas, e sugerem os novos tópicos de pesquisa em Tomografia de Impedância Elétrica.

Durante as últimas décadas, têm sido realizados vários estudos sobre a aplicação de veículos suspensos como em teleféricos, bondinhos, linhas de transporte e/ou montagem em indústrias, e robôs para finalidades diversas. Como veículos suspensos possuem comportamento de pêndulo, estão suscetíveis as ações de forças externas que geram oscilações e balanços indesejados no veículo que podem comprometer sua função e segurança. Um levantamento bibliográfico mostrou a deficiência de estudos de sistemas que mantenham a estabilidade física de veículos suspensos. Usando conceitos de conservação de energia e quantidade de movimento foi concebida a ideia de desmembrar o corpo do veículo suspenso em duas partes, uma massa fixa e uma massa móvel de atuação e estabilização da estrutura do veículo; dessa forma fazendo uso apenas de componentes internos ao veículo, uma vez que em sistemas suspensos é grande a dificuldade de aplicação de forças externas para correção de posicionamento. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema ativo de autoestabilização para veículos suspensos capaz de amenizar os efeitos de forças externas que possam comprometer a atividade desempenhada pelo veículo. Para a autoestabilização foi montado um sistema de controle em malha fechada com sensor de detecção de inclinação (posição) e atuador com motor de corrente contínua para deslocar uma massa móvel dentro do robô suspenso, acionados por um microcontrolador embarcado. A eficiência do sistema foi comprovada com a montagem de um protótipo, onde uma programação baseada em controle proporcional e derivativo foi suficiente para garantir uma eficiente e rápida estabilização no robô quando sujeito a forças externas como atuação de ventos, por exemplo.

O presente trabalho trata da verificação e design de sistemas complexos, especificamente da verificação de sistemas de tempo real concorrentes e distribuídos. Propõe-se uma técnica enumerativa para a verificação formal de modelos que permite determinar a validade de propriedades quantitativas, além das qualitativas. A técnica proposta separa a construção do espaço de estados dos algoritmos de rotulação das fórmulas temporais, o que possibilita a diminuição da complexidade do processo de verificação, tornando-o viável para aplicações práticas. A técnica proposta foi inicialmente aplicada sobre modelos de redes de Petri temporizadas e depois em uma rede unificada chamada GHENeSys para aproveitar as características de abstração, hierarquia e de elementos de interação chamados pseudo-boxes. A definição da rede GHENeSys foi modificada para permitir a modelagem de sistemas onde os requisitos temporais devem ser expressos através de atrasos e prazos como e o caso dos sistemas de tempo real. A rede suporta ainda mecanismos de refinamento tanto para os elementos ativos quanto os passivos. A demonstração da manutenção de propriedades como invariantes, vivacidade, limitação assim como da validade de fórmulas lógicas no processo de refinamento constitui um aspecto fundamental no projeto de sistemas complexos, e foi portanto revista em detalhes para a rede GHENeSys. Alguns exemplos práticos são apresentados para avaliar o desempenho dos algoritmos e um estudo de caso finaliza a apresentação, onde se pode contrastar os algoritmos propostos com os implementados na ferramenta UPPAAL.

O objetivo deste trabalho é estudar o fenômeno da força de radiação acústica produzida por ondas progressivas e estacionárias. Neste trabalho o estudo da força produzida por ondas estacionárias é aplicado na análise de um levitador acústico e o estudo da força de radiação acústica por ondas progressivas é feito visando a futura construção de um separador acústico. Neste trabalho é utilizado o método dos elementos finitos para simular o comportamento de um levitador acústico. Primeiramente, é feita a simulação de um levitador acústico que consiste de um transdutor de Langevin com uma face de emissão plana que opera na freqüência de aproximadamente 20 kHz e um refletor plano. O método dos elementos finitos é utilizado para determinar o deslocamento da face do transdutor e o potencial acústico que atua numa esfera pequena. O deslocamento da face do transdutor obtido numericamente é comparado com o medido experimentalmente por um vibrômetro de fibra ótica e o potencial acústico determinado pelo método dos elementos é verificado experimentalmente colocando pequenas esferas de isopor no levitador. Depois de verificar o modelo numérico, o método dos elementos finitos é utilizado na otimização de um levitador acústico composto de um refletor côncavo e um transdutor com face de emissão côncava. Os resultados numéricos mostram que a força de radiação acústica no novo levitador é aumentada em 604 vezes quando comparada com o levitador composto de um transdutor com face plana e refletor plano. Este trabalho também apresenta um modelo numérico para determinar a trajetória de partículas esféricas na presença de uma onda de ultra-som progressiva. O modelo assume que as seguintes forças atuam na partícula: gravidade, empuxo, forças viscosas e força de radiação acústica devido a uma onda progressiva. Com o objetivo de não restringir o tamanho das partículas que podem ser utilizadas no modelo é empregada uma equação empírica do coeficiente de arrasto, válida para uma grande faixa de número de Reynolds. O modelo proposto requer a distribuição de pressão gerada pelo transdutor de ultra-som. A distribuição de pressão é medida experimentalmente utilizando um hidrofone calibrado. A verificação do modelo é feita soltando-se pequenas esferas de vidro (com diâmetros da ordem de 500 m) em frente a um transdutor de ultra-som de 1 MHz e 35 mm de diâmetro.

O mercado de jogos eletrônicos online tem crescido em ritmo acelerado nos últimos anos, particularmente a partir do surgimento do modelo de negócio baseado em serviços. Como consequência, as publicadoras destes jogos passaram a compartilhar problemas comuns na área de serviços, como a erosão do lucro causada pela evasão de usuários. Modelos preditivos têm sido utilizados no combate à evasão em mercados como os de telefonia móvel e de cartões de crédito, setores que detêm um grande volume de informações demográficas e econômicas a respeito dos seus consumidores. Já os publicadores de jogos muitas vezes só possuem o endereço eletrônico dos jogadores. O objetivo deste trabalho é propor um modelo de previsão de evasão com base exclusivamente nos padrões de acesso de usuários em jogos online, onde estes registros temporais são submetidos a um conjunto de operadores que analisam os dados no domínio do plano tempo-frequência, utilizando a Transformada Discreta de Wavelet. Sua principal contribuição está na proposta de parametrização dos dados de entrada para classificadores probabilísticos baseados no algoritmo k-Nearest Neighbors. Testados com dados reais de acessos de usuários ao longo de alguns meses em um jogo online, os classificadores foram avaliados com o uso de curvas ROC (Receiver Operating Characteristic) e de elevação. A abordagem proposta nesta tese, baseada na análise no domínio do plano tempo-frequência, apresentou resultados satisfatórios. Não apenas superiores se comparados com as abordagens no domínio do tempo ou da frequência, mas também comparáveis aos desempenhos encontrados por modelos com centenas de variáveis preditivas utilizados em outros mercados.

O presente trabalho propõe o estudo de dispositivos CMUTs fabricados através de métodos e materiais alternativos com potencial aplicação em ensaios não destrutivos. O CMUT é constituído por uma membrana condutiva colocada sobre uma cavidade com o fundo metalizado, formando uma estrutura capacitiva. Ondas acústicas incidentes criam uma vibração na membrana que modifica de forma detectável a capacitância do dispositivo (modo de detecção). De modo inverso, é possível aplicar tensão alternada sobre a estrutura do CMUT fazendo com que a membrana vibre gerando ondas acústicas (modo de emissão). Hoje as principais tecnologias utilizadas para detecção e emissão de ondas acústicas utilizam materiais piezelétricos que são de difícil obtenção, possuem baixa integrabilidade e restrições em aplicações em altas temperaturas. O transdutor proposto baseia-se na tecnologia MEMS onde efeitos elétricos e mecânicos são combinados de forma a atender uma determinada aplicação. Os dispositivos MEMS são fabricados por técnicas de microfabricação, o que diminui o custo de produção e possibilita o uso de diversos tipos de materiais. Antes da fabricação dos CMUTs, foram feitas modelagens analíticas e computacionais visando determinar as dimensões ideais dos dispositivos a serem fabricados e também quais materiais seriam melhores se aplicados como membrana. A partir dos resultados da modelagem foi possível determinar que CMUTs com membrana de cobre fossem fabricados. Com os resultados da modelagem foram propostos métodos de fabricação baseados em técnicas de wafer-bonding. Dois materiais foram utilizados para produzir as cavidades, um deles foi o fotorresiste SU-8 e outro uma resina adesiva de secagem rápida, material este não convencional para produção de CMUTs. No primeiro caso, as cavidades foram abertas por processo de fotolitografia, já no segundo foi utilizado um método de corrosão a laser, também não convencional. Diferentes métodos foram utilizados na colagem das membranas, sendo que membranas coladas com resina adesiva e membranas deixadas suspensas sobre as cavidades apresentaram melhores resultados. As caracterizações elétricas e acústicas realizadas nos dispositivos fabricados mostraram que os CMUTs obtidos possuem características capacitivas e podem emitir e receber, comprovando assim seu funcionamento. Isto indica que os roteiros de fabricação propostos são eficientes e que os materiais e métodos utilizados se mostraram adequados. Além disso, a partir das caracterizações acústicas é possível dizer que os CMUTs fabricados podem ser potencialmente aplicados em ensaios não destrutivos, principalmente em análise de vibrações.

Nos últimos anos, o ensino de fisiologia tem sido fortemente beneficiado pelo desenvolvimento de modelos matemáticos e simuladores de paciente capazes de reproduzir com segurança partes específicas ou sistemas fisiológicos completos. Estudos mostram que aulas teóricas aliadas a simulações conseguem potencializar o nível de compreensão dos conceitos envolvidos. O principal objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de um simulador do sistema cardiovascular, capaz de representar de forma didática a dinâmica do ciclo cardíaco. A disponibilidade de simuladores deste tipo é reduzida, e limitada a modelos simplificados ou interfaces pouco amigáveis. De modo a conseguir maior flexibilidade nas situações simuladas e um adequado grau de proximidade com o sistema real, decidiu-se pela utilização de um modelo matemático da fisiologia cardiovascular para o cálculo das variáveis e parâmetros atuantes no plano de fundo do simulador. O desenvolvimento deste modelo constitui o segundo objetivo deste trabalho. Devido ao grau de complexidade desejado, optou-se pela utilização de um modelo existente na literatura, acrescido dos parâmetros que fossem considerados ausentes. O resultado foi um modelo com oito compartimentos vasculares e quatro compartimentos representando as câmaras do coração, todas com atividade pulsátil, controlados pelo mecanismo reflexo baroceptor, controle de curto prazo que atua na regulação da pressão arterial. O simulador (desenvolvido em Visual C# com interface em Macromedia Flash) permite a alteração individual dos parâmetros vasculares e a simulação de hemorragias, bem como a visualização de gráficos de pressão, fluxo e volume em qualquer compartimento, e a construção de alças pressão-volume para os átrios e ventrículos. Além disso, o aplicativo resultante possibilita a inclusão futura de novos recursos e ferramentas, como tutoriais e simulação de patologias.

O objetivo deste trabalho é desenvolver a arquitetura de um Sistema de Alarme Inteligente visando à aplicação deste em um Equipamento de Monitorização Multiparamétrica de Pacientes que deverá estar em conformidade com normas internacionais de segurança de equipamentos eletromédicos, tema este que surgiu durante o projeto de um Equipamento de Monitorização Multiparamétrica de Pacientes desenvolvido na Intermed Equipamento Médico Hospitalar Ltda. Esta arquitetura propõe o uso de um método robusto para fusão de sensores através de Filtro de Kalman, como apresentado por Ebrahim, Feldman e Bar-Kana (1997), onde a partir de diferentes sensores fornecendo valores de freqüência cardíaca obtemos um valor ótimo da freqüência cardíaca livre de artefatos e mais preciso do que o disponível por qualquer sensor individualmente. Os sinais fisiológicos do paciente, juntamente com o valor ótimo da freqüência cardíaca, são então transformados em variáveis semânticas e analisados através de lógica fuzzy a fim de se identificar condições de alarme presentes no paciente. O sistema desenvolvido é detalhado para um cenário clínico, correspondendo a uma Unidade de Tratamento Intensivo Cardíaca, onde os principais parâmetros de configuração do sistema foram obtidos através de entrevistas com profissionais da área de saúde. O desenvolvimento do sistema foi focado no atendimento às Normas Internacionais aplicáveis mais atuais, que passaram a permitir Sistemas de Alarme Inteligente em 2003. O sistema foi simulado para o cenário clínico detalhado, onde foram analisados três pacientes em diferentes casos. Durante a simulação foi mostrada a influência de um valor mínimo do grau de coincidência para validação das condições de alarme, onde obtivemos valores adequados utilizando para isso um valor de 50%. Ao final mostramos também a importância de se levar em consideração a prioridade das condições de alarme no sistema proposto, o que além de ser um requisito de norma, influencia diretamente no comportamento do sistema, e conseqüentemente na resposta esperada pelo operador em função da mensagem a ele apresentada.

Escavadeiras hidráulicas são máquinas versáteis, amplamente utilizadas na construção civil e mineração. Máquinas melhores, mais produtivas, eficientes e que oferecem segurança ao operador são uma demanda constante da indústria. Devido a estes fatores, o controle para a automação de uma escavadeira hidráulica tem sido investigado. Este estudo tem o seu foco voltado para o controle do manipulador do equipamento, que é considerado como um dos elementos fundamentais para o desenvolvimento de uma escavadeira automática. Para desenvolver um sistema de controle viável, primeiramente, foi realizado a modelagem matemática dos subsistemas mecânico e hidráulico do manipulador; posteriormente esses modelos foram acoplados para representar a interação dos subsistemas. Todos os modelos desenvolvidos foram comparados com modelos de referência, obtidos a partir de softwares comerciais dedicados a modelagem de sistema dinâmicos. Tendo sido verificado a capacidade de representação física dos modelos, a fase de projeto do controlador para o manipulador foi iniciada. Para que o controlador seja eficiente, este deve ter duas propriedades essenciais: robustez para lidar com as incertezas e distúrbios severos, e adaptabilidade para lidar com um ambiente de operação altamente dinâmico. A fim de projetar um controlador que considera a dinâmica de cada subsistema do manipulador, a técnica de controle em cascata foi adotada. Esta consiste em dividir o sistema global em subsistemas, de tal forma que seja possível projetar um controlador para cada subsistema. Devido à complexidade do modelo matemático, técnicas avançadas de controle linear e não linear foram combinadas no projeto dos controladores dos subsistemas. O controlador sintetizado foi testado através de simulação numérica, em ambiente MATLAB/Simulink®, na execução de um ciclo completo de trabalho pelo manipulador. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios, mesmo na presença de incertezas, distúrbios severos e de ruídos. Posteriormente, na comparação desses resultados com os de outros controladores, ficou claro que o melhor desempenho foi obtido com o controlador proposto. Isto indica a possível aplicabilidade de tal controlador para a automação deste tipo de equipamento.

O estudo da Inteligência Artificial e de suas técnicas tem trazido grandes resultados para a evolução da tecnologia em diversas áreas. Técnicas já conhecidas como as Redes Neurais e Árvores de Decisão vêm sendo aprimoradas por técnicas de Boosting como o Adaptive Boosting. Esta técnica é uma das que apresenta maior perspectiva de crescimento devido a seu potencial, flexibilidade e simplicidade para ser implementada em diferentes cenários, como por exemplo, no tratamento de imagens para reconhecimento de padrões. Um mercado com grande potencial para se beneficiar da técnica de Boosting, e em especial do AdaBoost, é o mercado de sensores. É cada vez mais comum a utilização de sensores isolados ou sistemas de múltiplos sensores trabalhando concomitantemente para se atingir um objetivo comum. Na utilização de sistemas embarcados compostos por sensores para realização de análises e tomadas de decisão são cada vez mais requisitados, principalmente onde se requer algum tipo de reconhecimento de padrão. O objetivo desta dissertação é estudar e desenvolver o conhecimento do algoritmo AdaBoost para aplicação em sensores, de forma a aprimorar a sensibilidade e precisão das medições, tanto de sensores isolados como de sistemas complexos com vários sensores, sem que seja necessário realizar modificações no próprio sensor. O estudo estende-se também em como implementar o algoritmo inteligente a um dispositivo autônomo composto por sensores e um microprocessador que contenha um classificador embarcado de reconhecimento de padrões. Para demonstrar a utilidade da técnica, foi realizado um estudo de caso utilizando um sistema composto de sensores capacitivos interdigitalizados e microfabricados, sensores de temperatura e sensor a fibra óptica, para verificar adulterações em combustíveis automotivos, em especial, do etanol combustível. Sete experimentos são apresentados no trabalho. Índices acima de 90% de classificações corretas foram obtidos, indicando a viabilidade da utilização do algoritmo para calibração de sensores ou rede de sensores. Por fim, foi desenvolvida com sucesso uma forma de embarcar o classificador treinado em um microprocessador, confirmando assim ser possível desenvolver dispositivos embarcados contendo essa tecnologia.